斜井掘进表土段锚注法短管棚进硐支护技术

一、项目概述
　　糯东煤矿是贵州省“西电东输”工程新建兴义电厂供煤的主要支撑工程。糯东井田位于贵州省普安县南部，行政区划属楼下镇、青山镇及雪浦乡管辖。公路从楼下到兴义市56km，至普安县城77km。矿井总资源量98214万t，设计可采储量17218万t，矿井设计生产能力2.40Mt/a，矿井设计生产服务年限为51.2a，其中礦井第一水平服务年限为21.7a。矿井采用平硐-斜井综合开拓方式，初期布置五条井筒，分别为主平硐、副平硐、进风斜井和一、二号回风斜井，三条斜井的设计断面为21.3m2，设计坡度分别为-23°、-20°、-20°。副平硐、进风斜井主要进风，主平硐辅助进风，一、二号回风斜井回风。
　　二号回风斜井井口设计底板标高1480m，井筒净高4.5m，净宽5.0m，开口段设计抗渗等级为S8的C30钢筋混凝土永久支护，d=400mm，井筒坡度-20°，井口坐标：X=2813108.00，Y=35487185.00，Z=+1480.00，α=284°00′00″。
　　二、施工方案
　　目前，我国煤矿斜井通过较薄表土层一般采用大揭盖、疏干、板桩等方法，遇到中厚和厚表土层时，这些方法就难以通过，斜井表土施工方法，应根据表土性质、地下水情况、井筒倾角和断面大小等因素选择，冻结法、帷幕法等在技术上是可行的，但工艺复杂，需要大型设备，工期长，成本高。二号回风斜井开口段主要为第四纪坡积、洪积或滑坡体，土体胶结度差、松散，透水性强，极易引起滑动、塌方、流动位移，危险性大，地质条件极为复杂，成为制约井筒安全、快速掘进的主要因素；因云贵地区雨量充沛，致使硐内顶、帮淋水大，在施工过程中极易出现片帮、漏顶，为此，我们结合现场的实际情况，进行了广泛的调研和论证，对几个施工方案进行比较后，确定了采用注浆法短管棚作为超前支护，网喷格栅拱架作为初期支护，钢筋混凝土作为永久支护的方式。
　　每个循环开挖前，将长度3～5m，靠前端1m钻有注浆孔的短管棚（Ф38×3mm无缝钢管），从格栅钢拱架中间打入，短管棚从起拱线下500mm起沿线外钻设，环向间距200mm，环向外插角3°～5°，单次超前支护长度3～5m，超前支护搭接长度不小于1.5m，外露长度不超过200mm，采用单液水泥浆或加入早强减水剂注浆作为超前支护，开挖后，及时挂网架立锚固格栅拱架并喷浆（厚240mm）作为初期支护，然后采用钢筋混凝土作永久支护。
　　说明：图中尺寸单位除钢材直径为mm外，其余均以cm计，标准为准。
　　每次开挖长度不得大于1000mm，开挖后立即挂网架立上部钢筋格栅拱架进行喷砼支护，格栅拱架间距600mm（可根据现场实际适当加密和放宽）；然后开挖两侧导坑（每循环开挖长度不得大于1000mm）及部分中槽，挂网架立下部钢筋格栅拱架并进行喷砼支护，最后开挖中槽，并对底板采用M5浆砌石（根据底板土层密实度确定厚度）进行处理，喷浆（C20标号）累计厚度240mm。开挖时如遇风化基岩无法进行挖掘时，可采用弱爆破的方式进行开挖，整个区段必须遵循“短进尺，早支护，强支护”的原则；每开挖及线外支护长度3.6～4.8m，即进行一个循环的永久钢筋砼支护；排矸采用4m3翻斗矿车， 40kw临时绞车提升至地面，人工翻矸碾压平场。格栅拱架制作及安装见附图。
　　三、施工工序
　　超前短管棚支护 →上部导坑开挖 →上部挂网拱架及喷砼支护→下部两侧导坑及部分中槽开挖→下部挂网拱架及喷砼支护→中槽开挖及底板处理→ 永久钢筋砼施工
　　四、施工工艺及方法
　　1、超前短管棚施工。 超前短管棚采用φ38×3mm无缝钢管，为方便注浆，短管棚靠前端1m必须钻注浆筛孔，孔距200mm，钻孔直径5-8mm，管头焊成圆锥型或作成斜面，以便于入孔；短管棚从起拱线下500mm开始布设在巷道拱部， 环向间距为200mm， 外插角3°～5°，施工径向误差不大于100mm，单循环长度为3～5m，超前搭接长度不小于1.5m，尾端外露长度不大于200mm；钻孔前，精确标定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号，钻孔外插角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，控制在2°～5°范围内，严格控制钻孔平面位置，短管棚不得侵入巷道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交，经常测量孔的斜度，发现误差超限及时纠正；采用木跳板及钢管脚手架搭设钻孔平台，平台应一次性搭好，可供2～3台以上风钻或电钻钻孔， 根据土层情况，采用煤电钻成孔，为了便于安装导管，钻头直径采用φ42～φ45mm，钻孔施工完毕后，采用煤电钻或风钻将短管棚送入已施工好的钻孔内；每钻好一孔，经检验合格后及时下管，短管棚尾部必须搭接到格栅拱架背上，采用单液水泥浆或加入早强减水剂，水灰比0.6，用P042.5普通硅酸盐水泥，在有淋水时，采用水泥、水玻璃双液注浆。
　　2、挖掘。采用小型挖掘机分上下导坑开挖，上导坑超前5～8m，开挖时如遇风化基岩人工或挖掘机无法进行挖掘，可采用弱爆破的方式进行开挖，整个区段必须遵循“短进尺，早支护，强支护”的原则。首先上部导坑进行开挖，每次开挖长度不得大于1000mm，开挖后即挂网架立上部钢筋格栅拱架进行喷砼支护，两侧（侧壁导坑）导坑开挖时，每循环开挖长度不得大于1000mm，开挖后即挂网架立下部钢筋格栅拱架并进行喷砼支护，中槽开挖后即对底板进行外理，开挖前应备好水泵及铺设好排水管道，如遇有水时，应增设临时积水坑，加强井下排水工作。
　　3、线外钢筋格栅拱架架设。拱架必须严格按中腰线进行架设，必须符合巷道几何尺寸要求，拱架必须落于实底之上，垂直于巷道底板，不得前倾后仰、左右迈步，连接钢筋必须与拱架焊接牢固，松散基底必须进行加固处理，架立时拱架应尽量靠近岩帮，上下部间采用M16螺栓连接，连接应严密可靠，架立时应按要求打好拱部定位导管及锁脚导管。拱架架设各参数详见附图。
　　4、喷浆、永久钢筋混凝土支护。线外格栅拱架架设完毕后，进行C20混凝土喷浆支护，一次喷射厚度40～60mm，累计厚度240mm；然后按设计浇筑厚度为400mm的钢筋混凝土。